(57)【要約】  【課題】磁束飽和を防止するための永久磁石を有するインダクタンス部品において、減磁のおそれがなく、特性が維持できる構成のものを提供する。  【解決手段】複数のフェライトコア１、２を、コア１、２間に磁気ギャップ３、４を形成して組み合わせる。少なくとも１つのコア１、２にコイル５、６を巻回する。コイル５、６を巻回したコア１、２に永久磁石７、８を組合わせる。永久磁石７、８はそれぞれ対応するコア１、２に対して閉磁路を構成する。永久磁石７、８は組合わせるコア１、２に巻回されるコイル５、６に流れる直流電流によって生じる磁束Φ１と逆方向の磁束Φ２、Φ３を、対応するコア１、２に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電流が重畳した直流電流を流すコイルを巻回するコアを有するインダクタンス部品であって、
複数のフェライトコアを、コア間に磁気ギャップを形成して組み合わせ、
少なくとも１つのコアにコイルを巻回し、
前記コイルを巻回したコアに、そのコアに巻回されるコイルに流れる直流電流によって生じる磁束と逆方向の磁束を供給する永久磁石を、そのコアとの間で閉磁路を形成するように組み合わせた
ことを特徴とするインダクタンス部品。
【請求項２】
交流電流が重畳した直流電流を流すコイルを巻回するコアを有するインダクタンス部品であって、
２つのフェライトコアを、コア間に磁気ギャップを形成して組み合わせ、
前記２つのコアに同方向の磁束を発生させる直流電流を流すコイルをそれぞれ巻回し、
前記２つのコアに、それぞれ、その各コアに巻回されるコイルに流れる直流電流によって生じる磁束と逆方向の磁束を供給する永久磁石を、その各永久磁石と対応するコアとの間で閉磁路を形成するように組み合わせた
ことを特徴とするインダクタンス部品。
【請求項３】
請求項１または２に記載のインダクタンス部品であって、
前記コアがＵ型コアでなり、前記永久磁石が、Ｕ型コアの対向する２つの磁脚の内周面間に設けられている
ことを特徴とするインダクタンス部品。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれかに記載のインダクタンス部品であって、
前記永久磁石がフェライト磁石でなる
ことを特徴とするインダクタンス部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源等においてインダクタやトランスとして用いられ、コアに巻回したコイルに交流電流が重畳した直流電流が流されるインダクタンス部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源等のチョークコイルやトランスにおいては、機能上、各コイルには直流電流に交流電流が重畳して流される。従ってこれらのチョークコイルやトランスを構成するコアは、高い磁気飽和特性を持つことが求められる。
【０００３】
近年においては、スイッチング電源などの電子部品の小型化が求められ、これに伴い、部品の小型化が可能な高周波化が図られている。高周波化されると、従来の金属製コアではコアロスが大となるため使用が困難となり、コアロスの小さい、固有抵抗の高いフェライトコアを用いることが好ましくなる。しかしながら、フェライトコアは飽和磁束密度が小さい。このため、例えば特許文献１には、Ｅ型コアの中足のギャップ形成部分に。コイルに流れる直流電流によって生じる磁束と逆方向の磁束を供給する永久磁石を設けることが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２３１５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されているように、コイルによって生じる磁束の通路に永久磁石を設けると、長期使用により永久磁石が除々に減磁され、このため、チョークコイルの場合にはノイズ除去機能が低下し、トランスの場合には変圧機能が低下するという問題点がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み、磁束飽和を防止するための永久磁石を有するインダクタンス部品において、永久磁石が減磁されるおそれがなく、特性が維持できる構成のものを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のインダクタンス部品は、交流電流が重畳した直流電流を流すコイルを巻回するコアを有するインダクタンス部品であって、
複数のフェライトコアを、コア間に磁気ギャップを形成して組み合わせ、
少なくとも１つのコアにコイルを巻回し、
前記コイルを巻回したコアに、そのコアに巻回されるコイルに流れる直流電流によって生じる磁束と逆方向の磁束を供給する永久磁石を、そのコアとの間で閉磁路を形成するように組み合わせた
ことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のインダクタンス部品は、交流電流が重畳した直流電流を流すコイルを巻回するコアを有するインダクタンス部品であって、
２つのフェライトコアを、コア間に磁気ギャップを形成して組み合わせ、
前記２つのコアに同方向の磁束を発生させる直流電流を流すコイルをそれぞれ巻回し、
前記２つのコアに、それぞれ、その各コアに巻回されるコイルに流れる直流電流によって生じる磁束と逆方向の磁束を供給する永久磁石を、その各永久磁石と対応するコアとの間で閉磁路を形成するように組み合わせた
ことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のインダクタンス部品は、前記コアがＵ型コアでなり、前記永久磁石が、Ｕ型コアの対向する２つの磁脚の内周面間に設けられている
ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のインダクタンス部品は、
前記永久磁石がフェライト磁石でなる
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、磁気ギャップ間のコアに対し、コアに巻回したコイルに流れる直流電流により生じる磁束と逆方向の磁束を発生させる永久磁石を、その永久磁石が閉磁路を構成するように組み合わせたので、コイルに流れる直流電流により生じる磁束が永久磁石から供給される磁束分だけ相殺され、磁気飽和が抑制される。本発明のインダクタンス部品は、永久磁石がコアの磁路ではなく、コアのバイパスに設けたものであり、しかも永久磁石はコイルに流れる磁束の向きに対して逆方向に着磁されているので、コイルに流れる直流電流により生じる磁束はこの永久磁石を流れず、実質的に永久磁石の減磁が生じない。
【００１２】
また、本発明は、永久磁石とこれを組み合わせるコアとの間で閉磁路を構成するため、コイルに流れる直流電流により生じる磁束に対する永久磁石の磁束による相殺効果が大きく、設計が容易となる。
【００１３】
また、本発明のインダクタンス部品は、２つのコアを有して、その各コアに対して、それぞれ永久磁石を設け、各コイルに流れる直流電流はコアに対して同方向の磁束を発生させ、各永久磁石は、各コイルに流れる直流電流によって生じる磁束に対して逆方向の磁束を発生させるように構成したものであり、一方のコイルで発生する磁束は、他方のコイルが巻かれたコアに組み合わされる永久磁石に対しては着磁方向の磁束を発生させるものであるから、その永久磁石に対しては着磁方向に作用し、さらなる減磁抑制効果が得られる。
【００１４】
また、本発明のインダクタンス部品は、Ｕ型コアの磁脚の内周面間に永久磁石を設けたので、インダクタンス部品のサイズを大きくすることなく実現できる。
【００１５】
また、本発明は、コアのみならず、永久磁石もフェライトにより構成したので、コアロスが少なく、渦電流の発生が少なく、高周波化に適したインダクタンス部品が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明のインダクタンス部品の一実施の形態を示す図である。このインダクタンス部品はスイッチング電源のチョークコイルを構成するものである。１、２は磁気ギャップ３、４を介して組み合わされるＵ型コアである。これらのコア１、２はＭｎ−Ｚｎ系あるいはＮｉ−Ｚｎ系フェライトからなる。磁気ギャップ３、４は樹脂シートなどの非磁性体の接着または不図示の金具でコア間の間隔を調整することによって形成される間隙からなる。
【００１７】
５、６はそれぞれ前記コア１、２に巻回されるコイルであり、各コイル５、６は交流電流が重畳した直流電流が流されるものである。これらのコイル５、６に流れる直流電流によって生じる磁束Φ１はコア１、２に同方向に周回して通る。
【００１８】
７、８はそれぞれ前記コア１、２に組み合わされる永久磁石である。これらの永久磁石７、８は、それぞれコア１、２に対して閉磁路を構成するもので、各永久磁石７、８で発生する磁束Φ２、Φ３は、それぞれコイル５、６に流れる直流電流によって生じる磁束Φ１に対して、逆方向となり、磁束Φ１をそれぞれのコア１、２内で打ち消す方向に供給される。
【００１９】
このように、コア１、２に巻回したコイル５、６に流れる直流電流により生じる磁束Φ１と逆方向の磁束Φ２、Φ３を発生させる永久磁石７、８を、その永久磁石７、８がそれぞれコア１、２との間で閉磁路を構成するように組み合わせることにより、コイル５、６に流れる直流電流により生じる磁束が永久磁石７、８から供給される磁束分だけうち消され、磁気飽和が防止され、大電流に対応できるインダクタンス部品が提供できる。また、永久磁石７、８とこれを組合わせるコア１、２との間で閉磁路を構成するため、コイル５、６に流れる直流電流により生じる磁束Φ１に対する永久磁石７、８の磁束Φ２、３による相殺効果が大きく、設計が容易となる。
【００２０】
また、各永久磁石７（８）は、対応するコア１（２）に対しては閉磁路を構成し、これらのコア１（２）の相手側のコア２（１）に対しては磁気ギャップ３、４を介して組み合わされるので、永久磁石７（８）の相手側コア２（１）に加わる方向の磁束Φ４（Φ５）が磁気ギャップ３、４によって抑制される。したがって、永久磁石７、８から供給される磁束は、主として磁束Φ１を相殺する方向に作用する。なお、この磁気ギャップ３、４は０．５ｍｍ以上に設定することが好ましい。
【００２１】
また、本発明においては、永久磁石７、８はコア１、２の磁路ではなく、コア１、２のバイパスに設けたものであり、しかも永久磁石７、８はコイル５、６に流れる磁束Φ１の向きに対して逆方向に着磁されているので、コイル５、６に流れる直流電流により生じる磁束Φ１はこの永久磁石７、８を流れず、実質的に永久磁石７、８の減磁が生じない。
【００２２】
また、２つのコア１、２に対してそれぞれ永久磁石７、８を設け、各コイル５、６に流れる直流電流はコア１、２に対して同方向の磁束を発生させ、各永久磁石７、８は、各コイル５、６に流れる直流電流によって生じる磁束Φ１に対して逆方向の磁束Φ２、Φ３を発生させるように構成したものであるが、一方のコイル５（６）で発生する磁束Φ１は、他方のコイル６（５）が巻かれたコア２（１）に組み合わされる永久磁石８（７）に対しては着磁方向の磁束を発生させるものであるから、その永久磁石８（７）に対しては着磁方向に作用し、さらなる減磁抑制効果が得られる。
【００２３】
また、本発明を実施する場合、永久磁石７、８は、Ｕ型コア１、２の磁脚１ａ、１ａおよび２ａ、２ａ間に閉磁路を構成するように設ければよく、必ずしも磁脚の内周面間に設ける必要はないが、本実施の形態のように、磁脚１、２の磁脚１ａ、１ａおよび２ａ、２ａの内周面間に永久磁石７、８を設けることにより、インダクタンス部品のサイズを大きくすることなく実現できる。
【００２４】
また、コア１、２のみならず、永久磁石７、８もフェライト磁石によって構成したので、例えば数十〜１００ｋＨｚ以上の高周波によってスイッチングするスイッチング電源に用いたとしても、コアロスの少ないインダクタンス部品が実現できる。
【００２５】
次に本発明のインダクタンス部品における永久磁石７、８の配置などについて実験した結果について説明する。図２は一方のコア１にのみコイル５を巻回し、1個の永久磁石のみを、その位置と方向を変えて配置した場合の構成例である。図２の（丸１）は永久磁石７、８を設けない例（比較例）である。図２の（丸２）と（丸３）はコア1側にのみ永久磁石７を設けた例で、（丸２）の例はコイル５、６に流れる直流電流によって生じる磁束Φ１に対して永久磁石７で供給する磁束Φ２が同方向となる（加わる）ように配置した例（比較例）であり、（丸３）は逆方向になる（相殺する）ように配置した例（実施例）である。図２の（丸４）、（丸５）はコイル６を巻回していないコア２側にのみ永久磁石８を設けた例で、（丸４）の例はコイル５、６に流れる直流電流によって生じる磁束Φ１に対して永久磁石８で供給する磁束Φ３が加わるように配置した例（比較例）、（丸５）は相殺するように配置した例（比較例）である。
【００２６】
コア１、２には、各磁脚１ａ、２ａの長手方向の幅ａが７３ｍｍ、磁脚１ａと１ａ、２ａと２ａの対向方向の幅ｂが９０．５ｍｍ、幅ｃが１４ｍｍ、磁路の断面積が１９６ｍｍ２のものを用いた。また、永久磁石７、８としては、残留自足密度Ｂｒが２２０ｍＴ、断面積が１０４ｍｍ２、長さが磁脚１ａと１ａ、２ａと２ａの間隔に等しい長さが４６ｍｍのものを用いた。また、磁気ギャップ３、４はゼロとし、コイル５の巻数を３３ターンとした。そしてコイル５に１ｋＨｚの周波数で０．５ｍＡの交流電流を、種々の直流電流に重畳させてインダクタンスを測定した。
【００２７】
表１、図３は図２に示した（丸１）〜（丸５）の例のコイルに流す直流電流の変化に対するインダクタンス値の変化を示す。表１および図３の（丸１）、（丸２）、（丸３）の対比から分かるように、永久磁石７の無い場合（丸１）より、永久磁石７を、その発生磁束Φ２がコイル５に流れる直流電流によって生じる磁束Φ１を相殺する方向に供給される場合（丸３）の方が、直流電流の増加に伴う磁気飽和が抑制され、高いインダクタンス値Ｌが得られる。また、磁気飽和を生じると考えられる電流値に近くなると、両者のインダクタンス値は近くなる。
【００２８】
また、永久磁石７の無い場合（丸１）より、永久磁石７を、その発生磁束Φ２がコイル５に流れる直流電流によって生じる磁束Φ１に加わる方向に供給される場合（丸２）の方が、直流電流の増加に伴い、磁気飽和が促進され、得られるインダクタンスLが低くなる。また、磁気飽和を生じると考えられる電流値付近に達すると、両者のインダクタンス値はほぼ同じになる。
【００２９】
図２の（丸４）、（丸５）の場合、磁気ギャップ３、４がゼロであるため、コア１側にのみコイル５を巻回した場合、永久磁石８のコア1側に向かう磁束Φ５の影響が、コア２側に向かう磁束Φ３の影響より大きくなり、この磁束Φ５の方向がコイル５に流れる直流電流によって生じる磁束Φ１を相殺する方向である（丸４）の例の方が（丸５）の例よりインダクタンス値が高くなる。
【００３０】
図４はコア１、２にそれぞれコイル５、６を巻回した例について示す。図４の（丸１）は、永久磁石７、８を設けない例（比較例）である。図４の（丸２）、（丸３）は、コア1側に永久磁石７を設けた例であり、そのうち（丸２）は、その発生磁束Φ２が、コア１側では、コイル５、６に流れる直流電流によって生じる磁束Φ１に加わる方向の例（比較例）であり、（丸３）は、コア１側では、コイル５、６に流れる直流電流によって生じる磁束Φ１を相殺する方向となる例（実施例）である。また、図４の（丸４）、（丸５）は、いずれも永久磁石７、８をそれぞれコア１、２側に設けた例であり、そのうち、（丸４）は、それぞれコア１、２側において、それぞれ永久磁石７、８で発生する磁束Φ２、Φ３が、コイル５、６に流れる直流電流によって生じる磁束Φ１に加わる例（比較例）であり、（丸５）は、相殺する例（実施例）である。
【００３１】
なお、コア１、２と永久磁石７、８のサイズ、材質は図２の例と同じとし、コイル５、６の巻数はそれぞれ３３、３１とし、これらのコイル５、６を互いに直列に接続した。また、磁気ギャップ３、４の寸法をゼロ、０．５ｍｍ、２．０ｍｍとした各場合について、コイル５、６に流れる直流電流を変化させた。交流電流の周波数、電流値は図２の場合と同様とした。
【００３２】
表２と図５は図４の（丸１）〜（丸５）の例で磁気ギャップ３、４を０．５ｍｍとした場合の直流電流の変化に対するインダクタンス値Ｌの変化を示す図である。表３と図６は図４の（丸１）〜（丸５）の例で磁気ギャップ３、４を２．０ｍｍとした場合の直流電流の変化に対するインダクタンス値Ｌの変化を示す図である。
【００３３】
表２、表３および図５、図６から分かるように、磁気ギャップ３、４の大小に拘わらず、コア１、２に永久磁石７、８を設け、これらの永久磁石７、８の磁束Φ２、Φ３の方向をそれぞれコイル５、６に流す直流電流により生じる磁束Φ１を相殺する方向に設定することにより、直流電流の増加による磁気飽和が抑制され、直流電流の増加に伴うインダクタンス値の低下が最も少なくなり、反対に永久磁石７、８を、それぞれコイル５、６に流す直流電流により生じる磁束Φ１に加わる方向に設定した場合には、直流電流の増加に伴うインダクタンス値の低下が最も大きくなる。
【００３４】
また、磁気ギャップ３、４の大小に拘わらず、一方のコア１に永久磁石７を設け、この永久磁石７の磁束Φ２の方向をコイル５に流す直流電流により生じる磁束Φ１を相殺する方向に設定することにより、直流電流の増加に伴うインダクタンス値の低下が、永久磁石７、８を設けない場合より少なくなり、反対に永久磁石７を、コイル５に流す直流電流により生じる磁束Φ１に加わる方向に設定することにより、直流電流の増加に伴うインダクタンス値の低下が、永久磁石７、８を設けない場合より大きくなる。したがって、永久磁石７、８を、それぞれコア１、２に組み合わせ、コイル５、６で生じる磁束Φ１を相殺するように永久磁石７、８の向きを設定することにより、コア１、２の磁気飽和を防止し、直流電流の大電流に対しても、インダクタンス値の変化が少ないものが得られることが分かる。
【００３５】
また、表２〜４、図５〜図７の対比から分かるように、磁気ギャップ３、４の増大に伴い、直流電流が小さいときのインダクタンス値が低くなるが、直流電流の増大に伴うインダクタンス値の変化が小さくなる。
【００３６】
図７は磁界強度の変化と磁気飽和の関係を調べるために、永久磁石７、８の数を１個とした場合と２個とした場合の直流電流の変化に伴うインダクタンス値の変化を示す。図７の（丸１）はコア１、２にそれぞれコイル５、６を巻回し、永久磁石７、８を設けない例（比較例）である。図７の（丸２）、（丸３）は、いずれも永久磁石７、８をそれぞれコア１、２側に設けた例であり、そのうち、（丸２）は、それぞれコア１、２側において、それぞれ永久磁石７、８で発生する磁束Φ２、Φ３が、コイル５に流れる直流電流によって生じる磁束Φ１に加わる例（比較例）であり、（丸３）は、相殺する例（実施例）である。図７の（丸４）（比較例）、（丸５）（実施例）はそれぞれ（丸２）、（丸３）の永久磁石７、８を２個設けた例である。
【００３７】
なお、コア１、２と永久磁石７、８のサイズ、材質、コイル５、６の巻数、接続は図４の場合と同じにした。また、磁気ギャップ３、４の寸法はゼロ、０．５ｍｍの場合に付いて、コイル５、６に流れる直流電流を変化させ、交流電流の周波数、電流値は図２の場合と同様とした。
【００３８】
表５と図８は図７の（丸１）〜（丸５）の例で磁気ギャップ３、４を０．５ｍｍとした場合の直流電流の変化に対するインダクタンス値Ｌの変化を示す図である。
【００３９】
表５および図８から分かるように、コア１、２に永久磁石７、８を２個に増加させると、その磁気飽和促進効果、磁気飽和防止効果がそれぞれ増大して、直流電流とインダクタンス値との相関関係に影響を与える。すなわち、直流電流の大電流に対処するには、磁界強度の強い磁石を用いればよいことが分かる。なお、図７の（丸１）、（丸２）、（丸３）の構成はそれぞれ図４の（丸４）、（丸５）の構成と同じであるが、測定値が異なるのは、磁気ギャップ３、４の設定誤差や測定誤差等に基づくものと思われる。
【００４０】
本発明は、２つのＵ型コアの組み合わせのみならず、Ｕ型コアとＩ型コア、あるいは２つのＵ型コアとＩ型コアの組み合わせ等、２以上の磁気ギャップを形成する複数のコアの組み合わせでなるインダクタやトランスに適用することができる。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
【表２】
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【００４３】
【表３】
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【００４４】
【表４】
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【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明によるインダクタンス部品の一実施の形態を示す図である。
【図２】Ｕ−Ｕコアの一方のコアに対してコイルを巻回し、永久磁石の位置と極性を種々に設定した構成を示す図である。
【図３】図２に示した各例において、磁気ギャップゼロの場合におけるコイルに流す直流電流の変化に対するインダクタンス値の変化を示す図である。
【図４】Ｕ−Ｕコアの双方のコアに対してコイルを巻回し、永久磁石の数と位置と極性を種々に設定した構成を示す図である。
【図５】図４に示した各例において、磁気ギャップが０．５ｍｍの場合におけるコイルに流す直流電流の変化に対するインダクタンス値の変化を示す図である。
【図６】図４に示した各例において、磁気ギャップが２．０ｍｍの場合におけるコイルに流す直流電流の変化に対するインダクタンス値の変化を示す図である。
【図７】Ｕ−Ｕコアの双方のコアに対してコイルを巻回し、永久磁石の数と極性を種々に設定した構成を示す図である。
【図８】図７に示した各例において、磁気ギャップが０．５ｍｍの場合におけるコイルに流す直流電流の変化に対するインダクタンス値の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１、２：コア、１ａ、２ａ：磁脚、３、４：磁気ギャップ、５、６：コイル、７、８：永久磁石
【図１】
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【図３】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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